서 론

몽골은 1991년 소련 붕괴 이전까지 소련에 경제적으로 크게 의존했으나, 개방 이후 중국과의 교역이 증가하면서 대중국 의존도가 심화되었다. 특히 2000년대 이후 대중국 수출은 석탄과 구리 등 광물 자원에 집중되었고, 지정학적 요인으로 인한 운송 제약은 수출 다변화를 어렵게 하여 중국 의존도 심화와 경제 불안정을 야기했다(Helble et al., 2020). 국제 원자재 가격 변동성은 몽골 경제에 직접적인 영향을 미쳐 국가 전체 산업 및 경제 불균형을 초래한다. 2023년 기준 광업은 몽골 GDP의 28%를 차지하며, 국가 전체 수출액의 92%를 점유하고 있다(KOMIS, 2024).

몽골은 한반도의 약 7.4배에 달하는 광활한 국토를 보유한 자원 부국으로, 석탄, 구리, 금, 은, 연, 아연, 텅스텐, 우라늄, 몰리브덴, 주석, 형석 등 다양한 광물 자원이 풍부하게 매장되어 있다. USGS(2024)에 따르면, 2023년 기준 몽골은 형석 매장량 세계 4위, 석탄 매장량 세계 24위를 기록하고 있으며, 금, 구리, 몰리브덴, 아연, 연, 우라늄 등 80여 종의 광물이 부존되어 있는 것으로 보고된다(KOMIS, 2024; KOTRA, 2024). 세계은행(World Bank, 2004) 자료에 따르면 몽골의 주요 광물 자원 매장량은 석탄 약 1,733억 톤, 구리 약 3,500만 톤, 금 약 3,000 톤, 철광석 약 15억 톤으로 추정되며, 이는 세계적인 수준이다(World Bank, 2024). 특히 남부 고비 지역을 중심으로 대규모 광산 개발이 활발히 진행되고 있으며, 그 중 오유 톨고이(Oyu Tolgoi) 구리-금 광산과 타반 톨고이(Tavan Tolgoi) 석탄 광산은 몽골 경제 성장을 견인하는 핵심 광산으로 평가받는다.

한국과 몽골 간의 광산물 교역은 주로 한국의 몽골 광물 수입과 한국의 몽골로의 석회석 수출로 이루어진다. 2022년 한국은 몽골로부터 몰리브덴 1,074 Mt(18,365천 달러), 형석 2,149 Mt(888천 달러)를 수입했으며, 2023년에는 몰리브덴 1,209 Mt(28,635천 달러), 형석 9,452 Mt(4,062천 달러)로 수입량이 증가하였다(KIGAM, 2024). 반면, 한국은 2022년 석회석 33 Mt(4천 달러), 2023년 석회석 55 Mt(7천 달러)를 몽골로 수출하였다(KIGAM, 2024). 한국의 대몽골 광물 수입은 주로 제철 및 특수강 산업의 원료로 사용되는 몰리브덴과 화학 산업의 기초 원료로 사용되는 형석에 집중되어 있다. 이는 한국의 산업 구조와 밀접한 관련이 있으며, 몽골은 한국의 안정적인 광물 자원 공급처로서 중요한 역할을 담당하고 있다.

과거 인민혁명 시기, 몽골은 소련의 지원을 받아 소련 및 동구권 학자들과 공동으로 몽골 전역에 대한 1:200,000 축척의 지질도 작성을 완료하였다. 이는 몽골의 광물 자원 탐사 및 개발의 기초 자료로 활용되고 있다. KOTRA(2024)에 따르면, 현재 1:50,000 축척의 정밀 지질도 작성 사업이 진행 중이며, 2023년 기준 전 국토의 43%에 대한 조사가 완료되었다. 또한, 몽골 정부는 광물 자원 탐사 및 개발을 촉진하기 위해 외국 기업의 투자 유치에 적극적으로 나서고 있으며, 이를 위해 관련 법률 및 제도를 정비하고 있다(KOTRA, 2024). 몽골 정부는 2006년 ‘광물법’을 개정하여 외국인 투자자에 대한 규제를 완화하였고, 2014년에는 ‘투자법’을 제정하여 외국인 투자 유치 환경을 개선하였다.

최근 세계 각국은 자국의 산업 발전을 위한 광물 자원 확보 경쟁에 돌입하고 있다. 특히, 첨단 산업 발전과 탄소 중립이라는 글로벌 패러다임 변화에 따라 특정 광물 자원의 중요성이 급부상하고 있다. 한국 정부 역시 이러한 국제 정세 변화에 발맞춰 2023년 ‘핵심광물 확보 전략’을 발표하고, 핵심광물을 “가격·수급 위기 발생 가능성이 높고, 위기 시 국내 산업 및 경제에 파급효과가 커서 경제안보 차원에서 관리가 필요한 광물”로 정의하였다. 그리고 33종의 광물을 핵심광물로 지정하여 국가 차원의 확보 전략을 추진하고 있다. 핵심광물은 국가 첨단 산업의 성장과 경제 발전에 필수적이며, 공급망 리스크와 경제적 파급력이 크다는 특징을 지닌다. 특히, 탄소 중립 및 에너지 전환 시대에 발맞춰 배터리, 재생 에너지, 수소 기술과 관련된 광물의 수요가 급증하고 있다. 국제에너지기구(IEA)는 핵심광물 수요가 2040년까지 2020년 대비 4배 이상 급증할 것으로 전망하고 있으며, 특히 전기차 배터리 및 에너지 저장 장치(ESS)의 핵심 소재인 리튬의 경우 6배, 코발트와 니켈은 각각 3배, 2배 이상 수요가 증가할 것으로 예상된다(IEA, 2021).

한국 정부는 33종의 핵심광물을 리튬, 니켈, 코발트, 망간, 흑연, 니오븀, 구리, 알루미늄, 규소, 마그네슘, 몰리브덴, 바나듐, 주석, 타이타늄, 텅스텐, 안티모니, 비스무스, 크롬, 연, 아연, 갈륨, 인듐, 탄탈럼, 지르코늄, 스트론튬, 셀레늄, 희토류 5종(네오디뮴, 디스프로슘, 터븀, 세륨, 란탄), 백금족 2종(백금, 팔라듐)으로 지정하였다(Choi et al., 2023; Lee and Lee, 2024). 이들 광물은 스마트폰, 컴퓨터, 광섬유 케이블, 의료, 방위 장비 등 첨단 산업의 핵심 소재로 사용될 뿐 아니라, 저공해 기술에도 필수적으로 활용된다. 특히, 전기차, 풍력 터빈, 태양광 패널 등 친환경 에너지 기술의 핵심 소재로 주목받고 있다. 한국 정부는 33종 핵심광물 중에서도 전략적 중요성이 높은 리튬, 니켈, 코발트, 망간, 흑연과 희토류 5종을 10대 전략 핵심광물로 지정하였다. 또한, 기존 6대 전략 광종(유연탄, 우라늄, 구리, 아연, 니켈, 철광석)에 더하여 핵심 희소금속(리튬, 코발트, 몰리브덴, 텅스텐, 망간)을 추가하여 중점 관리 대상으로 선정하였다(Lee et al., 2023).

최근 리튬은 건설 부문의 세라믹, 유리, 철강 산업 성장과 스마트폰 배터리 산업의 발전에 힘입어 지속적인 수요 증가를 보이고 있다. 특히, 2020년 이후 전기차 시장의 폭발적인 성장으로 인해 이차 전지용 리튬 수요가 기하급수적으로 증가할 것으로 예상된다. 텅스텐은 합금용 등 전통적인 산업재부터 항공우주, 전자 응용 제품과 같은 고부가가치 산업에 이르기까지 광범위하게 활용되는 핵심 금속이다(Bae and Kim, 2021). 몰리브덴은 주철 및 철강, 초합금강의 내마모성, 내열성, 강도 등을 향상시키는 합금제로 주로 사용되며, 특히 스테인리스강 제조에 필수적이다. 그 독특한 혼합성으로 인해 현대 산업 기술 전반에 걸쳐 활용도가 매우 높다. 탄탈럼은 우수한 내식성과 생체 적합성을 바탕으로 전자, 화학, 의료 산업 등에 널리 사용되고 있으며, 특히 기후 변화 대응을 위한 탄소 중립 목표 달성과 청정 에너지로의 전환 추세에 따라 태양광 발전, 풍력 발전, 전기차 및 에너지 저장 시스템 분야에서 수요가 급증하고 있다. 니오븀은 초합금, 광학 렌즈, 초경 공구 등에 사용되며, 향후 초전도, 내열 합금, 광학 렌즈 등 신소재 분야에서 새로운 수요가 증가할 것으로 예상된다(KOMIS, 2024). 본 리뷰논문은 몽골 내 리튬, 몰리브덴, 텅스텐, 탄탈럼, 니오븀의 부존 현황 및 특성을 파악하고, 이를 바탕으로 향후 효율적인 탐사 방향을 수립하는 데 목적이 있다.

본 론

몽골의 조구조적환경

몽골은 중앙아시아 조산대(Central Asian Orogenic Belt, CAOB) 혹은 알타이드 조산대(Altaid Orogenic Belt)의 중심부에 위치하며, 북쪽의 시베리아 대륙괴(Siberian Craton)와 남쪽의 타림 대륙괴(Tarim Craton) 및 북중국 대륙괴(North China Craton) 사이에 자리 잡고 있다(Fig. 1). 중앙아시아 조산대는 서쪽의 동유럽 대륙괴, 북쪽의 시베리아 대륙괴, 남서쪽의 카라쿰 대륙괴(Karakum Craton), 남쪽의 타림 대륙괴와 북중국 대륙괴에 둘러싸여 있으며, 서쪽의 카자흐스탄 만곡부(Kazakhstan Orocline)와 동쪽의 투바-몽골 만곡 조산대(Tuva-Mongol Orocline)로 크게 구분된다(Windley et al., 2007). CAOB는 신원생대부터 고생대를 거쳐 중생대 초기까지 약 8억 년 동안 고아시아해(Paleo-Asian Ocean)와 고테티스해(Paleo-Tethys Ocean)의 섭입과 폐쇄, 그리고 대륙-대륙 또는 대륙-호(arc) 간의 충돌 과정에서 형성된 거대한 조산대이다(Xiao et al., 2018). 이 과정에서 다양한 지체 구조들이 형성되었으며, CAOB는 주로 대륙 지각, 마그마 호(magmatic arcs), 섭입-부가 복합체(subduction-accretionary complexes) 등으로 구성된다. 이러한 구성 요소들은 고아시아해 및 고테티스해의 해양 지각과 섭입대에서 대륙 지각에 부가된 퇴적물로 구성된 섭입-부가 복합체가 융합되어 형성되었다. 특히, 몽골 지역은 CAOB의 형성 과정에서 중요한 역할을 담당한 지역으로, 고생대 동안 활발한 화성 활동과 지각 변동을 겪었다. 몽골의 지체 구조는 크게 북부의 항가이-헨티대(Hangay-Hentey Belt), 중부의 몽골-오호츠크대(Mongol-Okhotsk Belt), 남부의 남고비대(South Gobi Belt)로 구분되며, 각 지체 구조는 고유한 지질학적 특징과 광화 작용을 보인다(Badarch et al., 2002). CAOB의 형성은 섭입, 충돌, 충돌 후 조산 운동을 포함한 일련의 지구조 사건으로 특징지어진다. 이러한 과정은 몽골의 다양한 광상 형성에 중요한 역할을 하였으며, 특히 구리, 금, 몰리브덴, 텅스텐 등과 같은 금속 광상의 형성에 영향을 미쳤다. 몽골 지역의 조구조적 진화 과정을 이해하는 것은 광상 탐사에 있어 매우 중요하다.

Fig. 1.

(A) The Central Asian Orogenic Belt (CAOB), located in northern Asia, is bordered by the East European, Siberian, Karakum, Tarim, and North China Cratons. It includes the Kazakhstan and Tuva-Mongolia Oroclines adapted from Han and Zhao (2018). The CAOB comprises continental crust fragments, magmatic arcs, and subduction-accretion complexes, which form when sediments or oceanic crust are added to the continental crust at subduction zones. (B) Location of the CAOB in Asia, showing its relationship to surrounding cratons.

몽골의 지질

몽골은 동서 방향으로 발달하는 주 몽골 구조선(Main Mongolian Lineament), 즉 이르티시 단층대(Irtysh Fault Zone)에 의해 북부와 남부 구역으로 구분된다. 북부 구역은 주로 신원생대와 초기 고생대 암석으로 구성된 칼레도니아 조산대의 특징을 보이며, 남부 구역은 주로 후기 고생대 암석으로 구성된 헤르시니아 조산대의 특징을 보인다(Fig. 2). 북부 구역은 선캄브리아기 대륙괴의 조각, 일련의 배호(back-arc) 및 전호(fore-arc) 분지 퇴적층, 신원생대에서 초기 고생대 관입암, 부가 쐐기대(accretionary wedge), 그리고 후기 신원생대에서 초기 캄브리아기 오피올라이트(ophiolite)를 포함하는 원생대와 하부 고생대 암석으로 구성된다(Gerel et al., 2021). 남부 구역은 주로 중기 및 후기 고생대 암석으로 구성되며, 데본기에서 석탄기에 이르는 호상 열도(island arc) 화산암, 일부 오르도비스기와 실루리아기 화산암, 오르도비스기에서 석탄기에 이르는 퇴적암이 포함된다. 남쪽에서는 대규모 페름기-석탄기 화강섬록암이 관입되었다(Badarch, 2005).

Fig. 2.

Distribution of major tectonic lines and orogenic belts in Mongolia (Badarch et al., 2002). The map illustrates the spatial arrangement of significant tectonic features across Mongolia, specifically highlighting major tectonic lines and orogenic belts. These tectonic lines represent significant fractures or fault zones in the Earth's crust, delineating boundaries between different crustal blocks. The orogenic belts are regions that have undergone intense deformation, folding, and mountain building due to tectonic plate collisions and interactions. The distribution of these features provides crucial insights into Mongolia’s complex geological history and tectonic evolution, revealing past plate movements and crustal deformation.

북부 및 남부 구역은 페름기-트라이아스기 마그마 기원의 호(magmatic arcs)로 연결된다. 북부 구역에서는 몽골-오호츠크 봉합대(Mongol-Okhotsk Suture Zone)가 뚜렷하게 나타나는데, 이는 몽골-오호츠크 해(Mongol-Okhotsk Ocean)가 점진적으로 동서 방향으로 닫히면서 형성된 것으로, 이전에 병합된 중앙아시아 조산대와 시베리아 대륙괴를 분리하고 몽골 만곡 조산대를 형성하였다. 이 봉합은 페름기-트라이아스기 오르혼-셀렝게 마그마 호(Orkhon-Selenge Magmatic Arc)의 형성과 광범위한 마그마 활동을 동반하였다. 후기 고생대 동안 동부 및 남부 몽골에는 분지 및 산맥 형성 스타일의 지각 확장이 발생하였으며, 이에 따라 바이모달 현무암(bimodal basalt)-과알칼리성 화강암(peralkaline granite)-코멘다이트(comendite) 마그마 활동이 수반되었다(Kovalenko and Yarmolyuk, 1995). 중앙아시아 조산대 내에서 대륙 지괴와 마그마 호의 융합은 고생대 말기에서 초기 중생대 초기에 대부분 완료되었으며(Şengör et al., 2022), 이는 침식 작용이 활발했던 마그마 호의 광범위한 융기와 이를 동반한 역단층 작용으로 이어졌다. 이 시기에는 초기 중생대 대륙 퇴적물이 역단층에 의해 형성된 전면지 분지에 퇴적되었다. 남동 몽골에서는 후기 쥐라기부터 초기 백악기 동안 대륙 내 열곡 작용과 침강이 광범위하게 발생하였으며, 이에 따른 융기와 함께 열곡과 분지가 형성되었다(Dostal and Gerel, 2023).

몽골 내 지층 통합 과정을 살펴보면, 중서부 지역인 항가이(Hangay)지역의 선캄브리아기 대륙괴 지괴가 중앙의 핵 역할을 하였으며, 이 주변으로 고생대 호상 열도, 배호/전호 분지, 섭입 복합체, 그리고 대륙 조각들이 부가되었다. 지층의 부가와 통합 순서는 시간에 따라 북쪽에서 남쪽으로 진행되었으며, 그 과정은 복잡하게 나타난다. 서로 다른 지질학적 기원을 가진 지각판 조각인 테레인의 부가 시기는 퇴적 층서와 병합 후 관입암 복합체(post-amalgamation intrusive complex)에 의해 부분적으로 규명된다. 주요 지각 통합 시기는 신원생대, 캄브리아기-오르도비스기, 데본기, 후기 석탄기-페름기, 그리고 트라이아스기이다. 항가이 지역 주변의 타원형 구조는 구조적인 핵심을 제공하였으며, 이러한 지각의 이방성(anisotropy)은 알타이와 고비 알타이의 신생대 지구조 발달, 이후의 모든 현생대 변형, 그리고 이 지역의 지질 구조 재활성화에 중요한 역할을 하였다. 이러한 연구 결과는 대부분 중앙아시아의 현생대 지구조 발달을 해석하는 데 중요한 기반이 되는 몽골 기반암의 지질 시대를 규명하는 데 있어 가장 상세한 통합 이론을 제공한다. 더 나아가, 이 통합 이론은 몽골의 경제적인 광물 자원이 현재의 지구조적 맥락 안에서 어떤 위치에 있는지 이해하는 데 도움을 준다(Badarch et al., 2002).

몽골의 중앙아시아 조산대 부분은 신원생대, 고생대, 중생대 섭입-부가 구조와 수많은 원생대 미소 대륙 조각(microcontinental fragments)으로 이루어진 복잡한 조산 구조를 포함하고 있다. 섭입-부가 구조는 광물 자원 형성에 유리한 조건을 제공하며, 이러한 조구조 환경은 북쪽에서 남쪽으로 형성된 주요 습곡대, 단층, 변형, 광범위한 단층 파쇄작용이 결합된 복잡한 블록과 모자이크 구조로 특징지어진다. Badarch et al.(2002)은 “몽골의 테레인 구조 지도(Terrane Tectonic Map of Mongolia)”를 통해 44개의 테레인을 구분하였다. 이들은 7개의 대륙괴 테레인, 11개의 호상 열도 테레인, 8개의 배호/전호 분지 테레인, 7개의 부가 쐐기 테레인, 3개의 오피올라이트 테레인, 6개의 변성 테레인, 2개의 수동적 대륙 연변부 테레인으로 구성된다(Fig. 3). 대륙괴 테레인은 원생대 변성 복합체와 신원생대 변성 퇴적암 및 화산암으로, 호상 열도 테레인은 오피올라이트와 톨레아이트 계열에서 칼크-알칼리 계열의 화산암 및 화산 쇄설성 퇴적암으로 구성되며 섬록암 및 화강섬록암에 의해 관입되었다. 배호/전호 분지 테레인(활동성 대륙 연변부)은 하부 고생대 화산 쇄설암과 퇴적암, 그리고 소규모 조각 및 멜란지 형태의 초염기성암과 화산암으로, 부가 쐐기 테레인은 좁고 강하게 변형된 변성대이며, 멜란지, 역단층, 사문암 조각, 반려암, 오피올라이트 조각, 고압 변성암을 포함한다. 오피올라이트 테레인은 오피올라이트질 암석과 멜란지를 포함하며, 변성 테레인은 원생대와 고생대 변성 복합체로 구성된다. 수동적 대륙 연변부 테레인은 신원생대-초기 고생대 대륙붕 탄산염-규암층과 심해 퇴적물로 구성되며, 그 위에 데본기-석탄기 및 페름기 화산암과 퇴적암이 놓여 있다(Badarch et al., 2002; Gerel et al., 2021; Dostal and Gerel, 2023).

Fig. 3.

This modified terrane map of Mongolia, based on the work of Badarch et al. (2002), presents a detailed view of the country's complex geological structure. The map delineates 44 distinct terranes, which are fault-bounded crustal blocks with unique geological histories and characteristics, differing from their neighboring blocks. Each terrane is depicted with its specific lithological composition, age, and structural features, providing a comprehensive overview of the varied geological makeup of Mongolia.

몽골의 금속광상성인

몽골에서는 지난 세기 동안 체계적인 지질 조사 및 탐사 작업을 통해 석유, 석탄, 철, 구리, 몰리브덴, 텅스텐, 주석, 금, 은, 형석, 인회석, 소금, 보석, 건축 자재 등 다양한 에너지 및 광물 자원이 발견되었다(Gerel et al., 2021; Dostal and Gerel, 2023). 현재까지 80여 종의 광물 자원을 포함하는 500개 이상의 광상과 6,000여 개의 산출지가 알려져 있다. 몽골에서 희소 금속(Sn, W, Ta, Nb, Zr, Be, Li, Cs, Sr, REE)의 광화 작용은 성인과 산출 형태에 따라 크게 마그마 기원 광상과 열수 기원 광상으로 구분할 수 있다(Kovalenko and Yarmolyuk, 1995; Gerel et al., 2021).

마그마 기원 광상은 마그마 활동과 직접적으로 연관된 광상으로, 희소 금속이 부화된 화성암체와 그로부터 분화된 페그마타이트, 옹고나이트, 세슘 함유 화산암, 베릴륨 함유 화산암, 지르코늄-니오븀-희토류 알칼리 유문암, 희소 금속이 풍부한 알바이트를 포함한 네펠린 섬장암, 희토류가 포함된 탄산염암, 자철석-인회석 알칼리 화산-심성암 등에서 산출된다. 열수 기원 광상은 주석, 텅스텐, 몰리브덴이 주로 산출되는 열수 광상으로, 희소 금속(탄탈럼, 리튬, 베릴륨)과 불소가 부화된 것이 특징이다. 두 유형의 희소 금속 광화 작용은 공통적으로 고도로 분화된 우백질 화강암, 과알칼리성 화강암, 리튬-불소 화강암, 네펠린 섬장암 및 이와 동시기에 분출한 화산암과 같이 상대적으로 좁은 조성 범위를 가진 화성암과 밀접한 관련성을 보인다(Hedenquist and Lowenstern, 1994).

몽골에는 알타이, 북몽골, 중앙 항가이, 헨티, 동몽골, 고비-싱안 금속 광상구에 약 20개의 주석-텅스텐 그라이젠, 망상, 석영맥형 광상과 160개 이상의 광종 및 사광상이 분포한다(Fig. 4). 텅스텐, 주석, 몰리브덴은 종종 복합 광상을 형성하며, 이들 원소는 서로 다른 원소들과 다양한 조합으로 산출되는 경우가 많다(Gerel et al., 2021). Gerel et al.(2021)은 몽골의 광상구를 25개로 세분하였으며(Fig. 5), 동서 방향의 주 몽골 구조선을 경계로 북쪽을 중앙아시아 광역 광상구, 남쪽을 남몽골 광역 광상구로 구분하였다. 또한, 중앙아시아 대광상구를 몽골 알타이, 항가이, 중부-동부 몽골의 세부 광상구로 분류하였다.

Fig. 4.

Distribution of rare metal deposits within Mongolian metallogenic belts. Belts: MA - Mongol Altai; ZSe - Zed-Selenge; OT - Onon-Tura; CHA - Central Khangai; CHE - Central Khentii; EMA - Eastern Mongolian; GB - Gobi Ugtaal-Baruun Urt; ND - Nukhet Davaa; IH - Ikh Khairkhan; KHL - Mushgai Khudag-Ulgiikhiid; HL - Khanbogd-Lugiin gol; HS - South Gobi-Khyangan. Numbers indicate the number of deposits within each belt, modified from Gerel et al. (2021).

Fig. 5.

Distribution of major mineral deposits in Mongolia, categorized by metallogenic belt. Neoproterozoic-Early Cambrian belts, interpreted as pre-accretionary and related to ancient island arcs, continental margin arcs, or passive continental margins, include occurrences of Fe, Mn, and Au and significant sedimentary phosphorite deposits in Northern Mongolia. These belts also feature deposits linked to ultramafic rocks (including podiform Cr, serpentine-hosted asbestos, and talc-carbonate), mafic rocks (gabbroic Ni-Cu-Ti-magnetite), and calc-alkaline intrusions (with Au-Cu-Fe skarn and gabbroic Cu-Ni with PGE mineralization). Cu-Zn massive sulfide occurrences are also present, modified from Badarch et al. (2002).

신원생대부터 현생대까지 섭입 및 부가 작용이 발생하여 도호 및 대륙 연변부 마그마 호와 함께 칼크-알칼리 계열의 안산암질 마그마와 화강암이 형성되었다. 이러한 지구조 환경에서 형성된 주요 경제적 광상은 반암형 구리-몰리브덴-금 광상; 조산대형 금 및 은 사광상; 후기 조산대 망상 및 맥 복합체(Sn, W, Mo, F, Be, Li, Ta, Nb) 및 Sn 사광상; 희토류 카보너타이트 및 알칼리 관입암 관련 희토류-니오븀-지르코늄 광상; 열곡 환경과 관련된 퇴적형 우라늄, 석탄, 석유 광상이다. 몽골에서 산출되는 주요 광상 유형은 구리-몰리브덴 및 구리-금 반암형 광상; 주석, 텅스텐, 몰리브덴, 불소, 베릴륨의 그라이젠, 맥 및 망상 광상과 이에 수반되는 주석 사광상; 주석, 텅스텐, 몰리브덴, 아연, 구리의 스카른 광상; 금맥 및 금 사광상; 알칼리암과 관련된 희토류-지르코늄-니오븀, 탄탈럼 광상; 인산염과 우라늄의 퇴적형 광상; 형석 광상; 석탄 및 석유 광상으로 분류할 수 있다(Badarch et al., 2002; Gerel et al., 2021; Dostal and Gerel, 2023).

몽골 내 리튬 자원 부존 현황 및 특성

리튬은 지각 내에 널리 분포하는 원소이지만, 높은 반응성으로 인해 순수한 형태로 산출되기보다는 주로 화합물의 형태로 토양, 암석, 자연수 등에 미량 함유되어 있다(Kesler et al., 2012). 리튬 화합물은 불안정하고 반응성이 높아 다른 금속들과 쉽게 합금을 형성한다. 상업적으로 가치가 있는 리튬은 주로 페그마타이트 광상이나 염호에서 산출된다. 페그마타이트 광상은 일반적으로 산성 마그마가 고결되는 과정 말기에 규산염 광물과 휘발성 성분이 풍부한 잔류 용액이 농집되어 형성된다. 따라서 모암이 되는 관입암체의 상부 주변부와 그 주변의 모암(country rock)에 주로 배태된다.

페그마타이트 광상의 형성 시기는 선캄브리아기부터 신생대까지 광범위하지만, 선캄브리아기 광상이 고생대 이후의 광상보다 광상 수, 규모, 유용 광물 함량 등에서 경제성이 가장 우수한 것으로 평가된다. 이는 형성 심도와 관련이 있는데, 심부에 형성된 광상일수록 침식 작용을 많이 받아 지표에 노출될 가능성이 높기 때문이다. 페그마타이트 광상의 주요 조성 광물은 형성 심도에 따라 달라지는데, 가장 깊은 6–7 km 심도에서는 주로 운모가, 3.5–4 km에서 6–7 km 심도에서는 베릴륨, 리튬, 세슘, 탄탈럼 등의 광물이 주로 생성된다. 페그마타이트 광상의 주요 리튬 광물은 스포듀민(Spodumene), 레피돌라이트(Lepidolite), 앰블리고나이트(Amblygonite), 진왈타이트(Zinwaldite), 자다라이트(Jadarite) 등이다. 염호에서는 리튬이 주로 염화리튬(LiCl) 형태로 존재하며, 최대 수천 ppm 농도로 함유되어 있어 비교적 많은 양의 리튬을 얻을 수 있다. 대표적인 예로 볼리비아의 우유니 염호(Uyuni Salt Flat)와 칠레의 아타카마 염호(Atacama Salt Flat)가 있다(KOMIS, 2024). 염호의 리튬은 주로 주변 화산암으로부터 기원한 것으로 알려져 있으며, 건조한 기후 조건에서 염호의 물이 증발하면서 리튬이 농집된다.

몽골에서 리튬은 주로 니오븀, 탄탈럼, 베릴륨, 세슘 등 다른 희소 금속들과 함께 산출되며, 크게 경암형(hard-rock) 광상과 퇴적형 광상으로 구분된다(Bowell et al., 2020). 경암형 광상은 다시 리튬-함유 페그마타이트, 리튬-불소 화강암, 옹고나이트로 세분된다. 몽골의 리튬 페그마타이트는 주로 후기 고생대 및 중생대 희유금속 페그마타이트 내에 배태되며, 이는 주로 리튬-불소 우백질 화강암과 연관되어 있다. 이들 페그마타이트는 화강암 저반의 마그마 분화작용의 최종 단계에서 형성된 화강암 내에 주로 포함된다. 이러한 유형은 동부 몽골에서 흔히 나타난다(Dostal and Gerel, 2024). 희유 금속 페그마타이트는 리튬-운모, 백운모(백운모-알바이트), 백운모-미사장석의 세 가지 하위 유형으로 구분된다. 리튬-운모 하위 유형은 탄탈럼-니오븀 광물, 석석(cassiterite), 리튬 운모, 석영, 알바이트, 미사장석, 인회석, 전기석, 황옥, 녹주석 등의 광물을 포함하며, 알칼리도가 높은 리튬-불소 화강심성암에서 나타난다. 백운모(백운모-알바이트) 하위 유형은 컬럼바이트(columbite), 탄탈라이트(tantalite), 석영, 알바이트, 백운모를 포함하며, 칼크-알칼리 화강암 계열에서 발생한다. 백운모-미사장석 하위 유형은 석석, 철망간중석(ferberite-wolframite), 석영, 미사장석, 백운모를 포함한다. 주요 산출지로는 리튬-운모 하위 유형은 잔치블란(Janchivlan), 보로크지르(Borokhujir), 바가 가자르(Baga Gazar), 아브드란트(Avdrant), 바룬초그트(Baruuntsogt), 육제르(Yugzer) 등이고, 백운모(백운모-알바이트) 하위 유형은 예구제르(Yeguzer), 투멘초그트(Tumentsogt), 바룬초그트(Baruuntsogt), 야르가이트(Yargait) 등이다(Gerel et al., 2021; Dostal and Gerel, 2024).

리튬-불소 화강암은 리튬, 불소 및 기타 친석 원소(lithophile elements)가 고농도로 함유된 희소 금속 화강암의 일종으로, 조산 운동 이후에 형성된 고도로 분화된 마그마에서 기원한다. 미사장석-알바이트, 아마조나이트-알바이트, 레피돌라이트-알바이트 유형으로 세분된다(Kovalenko and Yarmolyuk, 2004). 리튬-불소 화강암은 동몽골의 조산 운동 후 대규모 준알칼리성(subalkaline) 화강암 지역에 널리 분포하며, 다단계(multi-stages) 화강암 또는 단일 단계의 소규모 화강암 등 다양한 심성암체를 형성한다. 리튬을 함유하는 암석은 주로 레피돌라이트-알바이트 화강암이며, 알바이트, 석영, 알칼리장석, 레피돌라이트, 황옥으로 구성된 반상 조직을 보인다. 주요 리튬 광물은 레피돌라이트이다. 희소 금속 화강암과 관련된 후기 마그마 암석으로는 흑운모, 석영-레피돌라이트 그라이젠(greisen) 및 알바이트를 포함하는 그라이젠이 있다. 여러 리튬-불소 화강암 내 리튬 함량은 잔치블란 레피돌라이트-알바이트 화강암의 그라이젠에서 878–1,315 ppm, 바가 가자르에서 130–630 ppm, 아브드란트에서 338–396 ppm, 바룬초그트에서 129–150 ppm으로 보고된 바 있다.

옹고나이트는 사장석이 거의 없거나 없는 준알칼리성 램프로파이어(lamprophyre)로 정의되며 몽골 중부의 후기 중생대 옹곤 하이르한(Ongon Khairkhan) 화강심성암체의 외곽 접촉부 인근에 위치한 옹곤 하이르한 텅스텐 광상에서 처음 발견되어 명명되었다(Štemprok, 1991). 옹고나이트는 흰색 또는 연한 파란색을 띠며 패각상(conchoidal) 파쇄면을 보이는 괴상 암석이다. 반상 또는 비반상 조직을 보이며, 반정이 있는 경우 세립질 석기(주로 알바이트) 내에 알바이트, 석영, K-장석, 황옥, 리튬-펜자이트(Li-phengite) 반정이 포함되어 있다. 옹고나이트의 주요 구성 광물은 알바이트, K-장석, 석영, 레피돌라이트, 황옥이며, 부성분 광물로는 형석, 석류석, 저어콘, 모나자이트, 티탄철석(Ilmenite), 컬럼바이트-탄탈라이트, 석석, 황철석 등이 있다. 옹고나이트와 관련된는 탄탈럼-리튬 광상은 화산성과 심성암성의 두 가지 유형으로 세분된다(Dostal and Gerel, 2024). 주요 광석 성분은 탄탈럼이며, 미량의 루비듐, 니오븀, 베릴륨, 리튬, 주석이 포함된다. 심성암성 옹고나이트는 탄탈럼(최대 130 ppm, 평균 88 ppm), 리튬(평균 2,780 ppm), 루비듐(평균 2,380 ppm)가 부화되어 있다. 화산성 옹고나이트는 심성암성 옹고나이트에 비해 탄탈럼(37 ppm), 니오븀(170 ppm), 루비듐(1,040 ppm), 베릴륨(90 ppm) 함량이 낮지만, 더 큰 암체로 산출된다. 주요 산출지는 남몽골의 테그 울(Teg Uul), 도리트 울(Dorit Uul), 두르벤트 울(Durvent Uul)이며, 이들 광상 유형의 니오븀 함량은 0.05–0.8%, 지르코늄 함량은 0.5–5.0%, REE 함량은 0.3–4.5%이고, 리튬, 베릴륨, 주석, 아연도 고농도로 함유된 것이 특징이다(Gerel et al., 2021).

퇴적형 리튬 광상은 쥐라기 중기-후기 역암, 사암, 중-세립질 사암, 방해석을 함유한 실트암, 점토로 구성된 지층에서 산출된다(둔드고비 주의 후흐 델 리튬 광상). 실트암에 농집된 광화 작용으로 인해 리튬 함량이 500–900 ppm에서 최대 0.1%까지 나타나며, 포타슘, 세슘, 루비듐, 경희토류 원소(LREE)도 함께 농집되어 있다. 일반적인 변질 광물은 실리카, 갈철석, 점토 광물, 탄산염 광물, 견운모, 황철석이다(Gerel, 2021).

리튬을 함유한 호수 염호는 향후 리튬 탐사의 잠재적 대상으로 주목받고 있다. 동몽골 호수의 물 분석 결과, 지하수에서 리튬 농도가 6.91–15.3 μmol/L로 증가된 것으로 나타났으며, 우물에서의 리튬 농도는 1.8–6.93 μmol/L로 보고되었다(Shvartsev et al., 2012). 이러한 농도는 일반적인 담수 환경보다는 높지만, 상업적인 리튬 추출을 위한 염호의 농도(수백-수천 ppm)보다는 훨씬 낮다. 남몽골의 백악기 석유 분지 역시 리튬 탐사 유망 지역으로 간주된다. 석유 분지의 염습지와 샘물 시료에서 리튬, 브롬 및 기타 원소들의 농도가 높게 나타났으며, 준바얀 석유 광상의 심부 우물 자료에서도 이러한 원소들의 함량이 높은 것으로 확인되었다. 구체적인 리튬 농도 수치는 제시되지 않았지만, 잠재적인 리튬 자원으로 평가된다. 서몽골 호수 연구에서도 일부 호수에서 리튬 농도가 높은 것으로 보고되었다(Shvartsev et al., 2012; Dostal and Gerel, 2024).

몽골 내 텅스텐 자원 부존 현황 및 특성

텅스텐은 주로 페그마타이트와 열수 광상 형태로 산출되며, 화강암과 수반되는 경향을 보인다(Heinrich, 1990). 텅스텐 광상은 크게 열수 광상, 스카른 광상, 층상 광상의 유형으로 분류된다. 열수 광상은 전 세계 텅스텐 매장량의 60% 이상을 차지하는 가장 중요한 유형이다. 주로 화강암질 관입암체와 관련된 열수 유체로부터 침전되어 열극을 따라 형성된 석영 맥상으로 산출되며, 주요 광물은 철망간중석(ferberite-wolframite)이다. 회중석(scheelite)이 수반되기도 하며, 종종 석석, 유비철석(arsenopyrite), 휘수연석(molybdenite)과 함께 산출된다(Han et al., 2021). 이러한 열수 광상은 종종 그라이젠(greisen) 변질대를 동반한다. 스카른 광상은 관입암과 돌로마이트 또는 석회암이 고온에서 접촉 교대 작용을 일으켜 형성된다. 스카른 광체는 보통 소규모의 불규칙한 형태 또는 망상으로 관입암체 상부에 존재하며, 주요 광물은 회중석이다. 자류철석, 황동석, 섬아연석이 함께 산출되기도 한다. 층상 광상은 화산 퇴적층(퇴적암, 화산암), 특히 해저 화산 활동과 관련된 환경에서 형성된다. 일부 층상 텅스텐 광상은 스카른과 유사하게 탄산염암-규산염암 접촉부에서 산출되기도 한다. 경제적으로 중요한 텅스텐 산화 광물은 철망간중석과 회중석이며, 보통 품위는 텅스텐 산화물(WO₃) 기준 0.2–2.0%이다(KOMIS, 2024).

몽골 내 텅스텐 광상은 주로 열수 광상 형태로, 주석-텅스텐 그라이젠, 망상, 석영맥; 텅스텐-몰리브덴-베릴륨 그라이젠, 망상, 석영맥; 석석-황화광물-규산염 맥, 망상; 그리고 주석(텅스텐) 사광상으로 나타난다(Tungalag et al., 2016). 주석-텅스텐 그라이젠, 망상, 석영맥 광상은 개별 맥과 여러 개의 맥 시스템으로 구성되며, 매우 흔하지만 대체로 규모가 작다. 이 광상은 비교적 얕은 심도의 화강암 관입암 내부 또는 그 주변부에서 산출되며, 심부 단층 및 균열에 의해 구조적으로 규제되는 양상을 보인다. 이러한 구조적 환경은 대륙 충돌대로 해석된다. 주요 광석 광물은 석석, 철망간중석, 회중석이며, 휘수연석, 황동석, 섬아연석, 황철석, 유비철석, 백운모, 형석, 녹주석, 황옥, 장석, 석영, 전기석이 수반된다. 열수 변질 광물군은 주로 석영-백운모(그라이젠)로 구성되며, 형석, 황옥, 전기석, 리튬 운모, 백운모, 흑운모, 석영, 알바이트, 미사장석과 같은 광물을 포함한다. 석석, 철망간중석, 황동석, 섬아연석, 황철석 및 기타 황화물 광물은 그라이젠 변질암 내에 광염상(lens-shaped mineralization)으로 산출된다(Gerel et al., 2021).

텅스텐-몰리브덴-베릴륨 그라이젠, 망상 및 석영맥 시스템은 주로 화강암류에 의해 관입되거나, 후기 쥐라기에서 초기 백악기 현무암과 유문암의 바이모달 암상 조합으로 피복된 소규모 노두에서 나타난다(Tungalag et al., 2016). 주요 텅스텐-몰리브덴 맥과 망상은 후기 쥐라기 우백질 화강암 및 화강반암 암주와 관련이 있다[몽골 북동부 출룽호로트(Chuluunkhoroot), 운두르차간(Undurtsagaan), 투멘초그트(Tumentsogt), 부렌초그트(Burentsogt), 중부 고비 지역 이흐 나르틴 히드(Ikh Nortiin Khiid), 몽골 북부 불락타이(Bulagtai)]. 텅스텐-몰리브덴 맥은 철망간중석, 휘수연석, 녹주석으로 구성되며, 다양한 맥과 압쇄대에서 발견된다. 백운모, 형석, 탄산염 광물, 회중석, 황철석, 유비철석, 황동석, 섬아연석, 휘창연석 등이 다양한 조합으로 수반된다[운두르차간(Undurtsagaan), 예구제르(Yeguzer), 부렌초그트(Burentsogt), 출룽호로트(Chuluunkhoroot)]. 일부 텅스텐-몰리브덴 광상들[예구제르, 후지한(Khujikhan), 옴누 후툴(Umnu Khutul)]은 반화강암 큐폴라(cupola), 층상 석영맥, 급랭 조직을 보이는 열수 각력암 파이프를 포함한다(Gerel, 2021).

텅스텐-몰리브덴 광화 작용은 몽골 북동부와 남동부에서 변성된 선캄브리아기의 탄산염-알루미노규산염 암석을 관입한 중생대 화강암 주변부를 따라 회중석 스카른 형태로 산출된다(Dostal et al., 2020). 몽골의 텅스텐 스카른 광상은 현재 경제적 가치가 낮은 것으로 평가되며, 주요 광상으로는 바얀-오보, 만달, 투멘초그트 광상 및 기타 산출지들이 있다. 텅스텐-(주석) 스카른 유형의 광화 작용은 변성된 선캄브리아기의 탄산염-알루미노규산염 암석, 고생대 육성기원의 탄산암 및 화산암을 관입한 중생대 심성암 주변부를 따라 발달한 회중석 스카른으로 구성된다. 텅스텐 스카른은 일반적으로 층상 광체로 형성되며, 관입암과의 접촉부를 따라 1.2–2 km까지 연장되고, 광체 두께는 3.5–7.0 m에 달한다(Dostal et al., 2020). 스카른은 매우 복잡한 내부 구조를 보이며, 황철석, 유비철석, 주석-텅스텐 및 구리 황화물이 교대로 나타나는 누대구조를 보인다. 스카른 광물로는 단사휘석-사장석, 누대 석류석-단사휘석, 석류석-베수비아나이트(vesuvianite)가 있다. 회중석은 소량의 휘수연석, 섬아연석, 황철석과 함께 산출되며, 내성 스카른과 외성 스카른 모두에서 발견될 수 있다. 특히, 외성 스카른 내 석영-장석 맥 내에 광염상으로 산출되기도 한다. 일부 텅스텐 스카른은 후기 단계의 석영 및 적철석 변질 작용과 더불어 황화물(황동석, 섬아연석) 광화 작용이 중첩되어 나타나기도 한다. 회중석과 석석을 함유한 텅스텐 및 주석 스카른은 칼크-알칼리 계열의 규장질 심성암과 탄산염-육성기원 및 화산암 사이의 접촉부를 따라 쌍방교대 작용에 의해 형성된 것으로 해석된다[몽골 바얀-오보(Bayan-Ovoo), 베이스(Beis), 에르데네 톨고이(Erdene Tolgoi), 바얀둔(Bayandun)](Dostal et al., 2020; Gerel et al., 2021).

텅스텐-안티모니(수은) 광물 시스템은 맥상, 망상, 각력암상으로 구성되며, 각력암은 석영과 탄산염 광물(백운석, 능철석, 철백운석(ankerite), 마그네사이트, 방해석)을 포함한다. 광석 광물은 철망간중석, 회중석, 소량의 황철석, 백철석, 유비철석, 황동석, 자류철석, 섬아연석, 방연석, 안티모나이트, 진사, 금이다. 이 광상은 대륙 테레인 경계를 따라 저변성 작용이 일어난 지역에 분포하며, 전단대, 내프(Nappe) 구조 또는 대규모 단층에 의해 구조적으로 규제된다. 모암은 주로 점토화 및 견운모화 작용을 받았다. 몽골 알타이의 호브드 골(Khovd Gol) 광상과 무쉬구(Mushguu) 산출지가 대표적이다(Tungalag et al., 2016). 텅스텐 광물인 철망간중석이 주석 사광상의 주성분 광물인 석석과 함께 산출되며, 부성분 광물로는 모나자이트, 황옥, 형석, 저어콘이 수반된다[후지한(Khujkhan) 사광상]. 이러한 주석 사광상은 주석-텅스텐 그라이젠/망상 및 석영맥 광상이 분포하는 지역에서 흔히 나타난다(Dostal et al., 2020; Gerel et al., 2021).

몽골 내 몰리브덴 자원 부존 현황 및 특성

몰리브덴은 일반적으로 반암형 광상(망상 및 각력상), 접촉 교대형 광상, 석영맥형 광상, 페그마타이트형 및 반화강암형(aplite) 광상, 퇴적암 내 층상형 광상의 5가지 유형으로 산출되며 이들 유형의 광상들은 모두 열수 기원으로 형성된다. 현재 채굴이 이루어지고 있는 광상은 반암형 광상, 접촉 교대 광상, 석영맥 광상이며, 특히 반암형 광상은 경제적으로 가장 중요한 몰리브덴 광상 유형이다(Westra and Keith, 1981). 몰리브덴은 금, 은, 주석, 텅스텐 등과 함께 산출되기도 하지만, 주로 구리와 함께 산출되는 경우가 많다. 몰리브덴 광물로는 휘수연석, 울페나이트(wulfenite), 포벨라이트(powellite), 페리몰리브데나이트(ferrimolybdite), 칠라자이트(chillagite) 등이 알려져 있으나, 이 중 휘수연석이 경제적으로 가장 중요하다. 반암형 몰리브덴 광상의 품위는 몰리브덴 황화물(MoS₂) 0.2–0.5% 수준이며, 반암형 구리 광상에서 부산물로 생산되는 경우 몰리브덴 황화물(MoS₂) 기준 0.08–0.2% 수준으로, 구리와 몰리브덴의 비율(Cu:Mo)은 대략 150:1에서 10:1까지 다양한 범위를 보인다(KOMIS, 2024).

몽골 내 몰리브덴은 주로 반암형 몰리브덴 광상에서 주성분 광물로 산출되지만, 반암형 구리-몰리브덴 광상과 텅스텐-몰리브덴-베릴륨 그라이젠/망상 및 석영맥 광상에서도 부산물로 산출된다(Uguudei et al., 2023). 몽골에는 약 50여 개의 몰리브덴 광화 작용이 알려진 광상 및 노두가 있으며, 대표적인 예로 차강 출루트(Tsagaan Chuluut), 준 모드(Zuun Mod), 조스트 울(Zost Uul) 등이 있다(Gerel et al., 2021; Uguudei et al., 2023). 반암형 몰리브덴 광상은 규장질 반암(화강암, 화강섬록암, 몬조화강암)과 그 주변 모암 내에 발달한 석영-휘수연석 망상맥(stockwork)으로 구성된다. 수반 광물로는 황철석, 회중석, 황동석, 희귀하게 석석, 철망간중석, 테트라헤드라이트 등이 있으며, 변질 작용은 전형적으로 내부의 포타슘(potassic) 변질대에서 외곽의 프로필리틱(propylitic) 변질대로 변화하는 양상을 보인다. 일부 지역에서는 필릭(phyllic) 변질대와 점토(argillic) 변질대가 중첩되어 나타나기도 한다(Gerel et al., 2021).

반암형 구리-몰리브덴(금, 은) 광상은 반암형 관입암 내부 또는 그 주변부에 발달한 석영, 황동석, 휘수연석의 망상 세맥과 맥으로 구성된다. 이들을 포함하는 화강암질암은 주로 토날라이트(tonalite)에서 몬조화강암(monzogranite) 조성을 보이며, 대체로 암주상으로 화강암, 화산암 또는 퇴적암을 관입한 형태로 나타난다(Porter, 2016). 주요 광물로는 황동석, 휘수연석, 황철석, 섬아연석, 은이 풍부한 방연석, 금 등이 있으며, 휘수연석은 부산물로 산출된다. 변질 광물로는 석영, K-장석, 견운모, 흑운모 또는 녹니석이 있으며, 경석고는 광상 심부에서 나타난다. 대부분의 광상은 다양한 유형의 열수 변질 작용을 보이며, 포타슘과 필릭 변질 작용이 흔하게 나타난다. 변질대는 일반적으로 중심부에서 외곽으로 가면서 나트륨-칼슘, 포타슘, 필릭, 그리고 점토질 변질대를 거쳐 프로필리틱 변질대로 변화한다. 초기 광물화 단계에서는 미사장석화 작용이 진행되고, 이후 휘수연석이 교대 작용으로 침전되며, 그 위에 견운모질 변질 작용이 중첩된다. 이어서 구리 황화물이 침전되는데, 이들은 때때로 열극을 충진하는 맥과 세맥 형태로 산출된다. 이러한 일련의 광화 작용은 얕은 심도에서 반암의 정치(emplacement)와 거의 동시에 진행된 것으로 생각되며, 다수의 암맥, 단층, 각력암 파이프의 형성이 이를 뒷받침한다. 이 유형의 대표적인 광상으로는 에르데네티인 오보(Erdenetiin Ovoo), 에르데네트(Erdenet), 차강 수바르가(Tsagaan Suvarga), 사랑 울(Saran Uul), 바얀 울(Bayan Uul) 등이 있다(Gerel et al., 2021; Gerel, 2021).

텅스텐-몰리브덴-베릴륨 그라이젠, 망상 및 석영맥 광상은 앞서 설명한 텅스텐 광상 유형과 동일하며, 여기서는 몰리브덴이 부산물로 산출된다. 광상 성인은 텅스텐 광상과 마찬가지로 후기 쥐라기 우백질 화강암 및 화강반암 암주와 관련된다(Uguudei et al., 2023). 텅스텐-몰리브덴 광맥은 철망간중석, 휘수연석을 함유하며 다양한 맥과 각력대에서 발견된다. 주요 광상으로는 운두르차간(Undurtsagaan), 예구제르(Yeguzer), 부렌초그트(Burentsogt), 출룽호로트(Chuluunkhoroot) 등이 있다(Gerel et al., 2021).

몽골 내 탄탈럼 니오븀 자원 부존 현황 및 특성

탄탈럼과 니오븀은 화학적 성질이 매우 유사하여 지구화학적으로 강하게 결합되어 있다(Linnen et al., 2014). 따라서 자연 상태에서 이들은 항상 함께 산출되며, 각각 독립된 원소 상태로 발견되는 경우는 거의 없다. 지각 내 존재비는 니오븀이 탄탈럼보다 약 10배 정도 높다. 탄탈럼 광상은 주로 카보너타이트, 페그마타이트, 접촉 교대 광상의 세 가지 유형으로 나타난다. 주요 탄탈럼 광물은 마이크로라이트(microlite), 탄탈라이트(tantalite), 컬럼바이트-탄탈라이트(columbite-tantalite), 컬럼바이트 등이며, 이 중 마이크로라이트와 탄탈라이트는 주로 페그마타이트, 화강암 및 충적 광상에서 산출된다. 카보너타이트는 부존 잠재력이 크지만, 경제성 있는 농집 가능성은 상대적으로 낮다. 경제성이 있는 카보너타이트는 약 20%에 불과하며, Ta₂O₅ 품위는 대체로 0.01% 이하이다. 탄탈럼은 주로 페그마타이트 광상에서 산출되지만, 비교적 소규모 저품위(Ta₂O₅ 0.1% 이하) 광상이 대부분이며, 경제성 있는 광상은 1% 미만이다(KOMIS, 2024).

탄탈럼 광석의 약 85%는 주석 광산에서 부산물로 생산되며, 일부 탄탈라이트는 컬럼바이트 및 리튬 광석의 선광 과정에서 회수되기도 한다. 탄탈럼은 대부분의 금속과 달리 자연계에 황화물 형태로 존재하지 않기 때문에, 부유 선광(froth flotation)이 어렵고 선광 비용이 많이 소요된다. 니오븀은 주로 파이로클로어-카보너타이트(pyrochlore-carbonatite) 광상 및 컬럼바이트-카보너타이트(columbite-carbonatite) 광상 형태로 산출되며, 파이로클로어가 가장 중요한 니오븀 광물이다. 대부분의 니오븀 광상은 파이로클로어와 컬럼바이트-탄탈라이트가 혼합된 형태로 산출되며, 주로 화강암 및 이를 수반하는 페그마타이트 지역, 또는 충적 광상인 주석 사광상에서 석석과 함께 발견된다. 주요 니오븀 광물로는 파이로클로어, 스트뤼버라이트(struverite), 컬럼바이트, 컬럼바이트-탄탈라이트, 탄탈라이트 등이 있으며, 컬럼바이트-탄탈라이트 광상은 니오븀뿐만 아니라 탄탈럼의 주요 공급원이기도 하다(KOMIS, 2024).

몽골 내 탄탈럼과 니오븀 광화 작용은 다수의 알칼리 화강암, 페그마타이트, 접촉 교대암에서 보고되었다. 주요 광상 유형은 희토류-니오븀-지르코늄 광상, 탄탈럼 함유 리튬-불소 화강암, 탄탈럼 함유 접촉 교대 광상, 페그마타이트 등이다(Dostal and Gerel, 2022). 희토류-니오븀-지르코늄 광상은 신원생대-초기 캄브리아기 오피올라이트 조각을 포함하는 캄브리아기 호상 열도 화산암류로 구성된 레이크 존(Lake Zone)에서 나타난다(Gerel et al., 2021). 호상 열도 암석은 칼크-알칼리 계열의 현무암, 안산암, 유문암, 응회암, 화산 쇄설암 등 화산암과 화강섬록암, 화강암, 화강섬장암 등 심성암으로 구성된다. 부가 작용 이후 실루리아기, 데본기, 전기 석탄기, 페름기, 쥐라기, 백악기 쇄설성 퇴적물과 오르도비스기 석영섬록암, 화강섬록암 및 화강암, 데본기 알칼리 심성암, 페름기 준알칼리 심성암이 이 지역에 분포한다(Kovalenko and Yarmolyuk, 1995; Badarch et al., 2002). 몽골 알타이의 알칼리 화강암 및 섬장암과 관련된 광상에서는 고품위의 희토류를 수반하는 복합 저어콘-니오븀-희토류 광화 작용이 보고되었으며, 이는 몽골 서부의 활동성 대륙 연변부 또는 열곡 환경에서 형성된 것으로 해석된다. 몽골 남부와 북서부 지역에서는 희토류와 희소 금속 광화 작용, 특히 탄산염암과 관련된 접촉 교대 지역의 우라늄-희토류 광화 작용을 포함한 다수의 알칼리성 암석 복합체가 경제적으로 주목받고 있다(Dostal and Gerel, 2022).

탄탈럼을 함유한 리튬-불소 화강암 광상은 리튬-불소 또는 알칼리 우백질 화강암의 상부와 그 주변부, 또는 소규모 암주 및 암맥 형태로 산출된다(Kovalenko and Yarmolyuk, 1995). 주요 광석 광물은 마이크로라이트, 컬럼바이트, 탄탈라이트이다. 이 광상 유형은 다시 리튬-운모 화강암과 백운모 화강암의 두 가지 하위 유형으로 세분된다(Gerel et al., 2021).

몽골 북부에 위치한 알탄붐(Altanboom) 탄탈럼 함유 접촉교대 광상은 선캄브리아 후기 편암과 후기 고생대 우백질 백운모 화강암으로 구성되며, 두 개의 암주와 여러 개의 알바이트화, 그라이젠화, 규화 작용을 받은 암맥 형태의 화강암체가 존재한다. 이들은 탄탈럼 광화 작용을 수반하는 석영-알바이트 변질 교대암을 형성하였으며, 그라이젠 변질 작용 이후에는 몰리브덴 광화 작용이 나타난다. 이 광상의 탄탈럼산화물(Ta₂O₅) 함량은 0.01–0.05%, 니오븀산화물(Nb₂O₃) 함량은 0.0002–0.03%, 주석 함량은 0.0001–0.03%, 몰리브덴 함량은 0.002–0.289%이며, 주요 탄탈럼 광물은 탄탈라이트이다(Dostal and Gerel, 2022). 탄탈럼-니오븀-희토류 알칼리 접촉 교대 광상은 중생대 잔치블란(Janchivlan) 화강암체의 남서쪽과 북서 방향으로 연장되는 울란다바(Ulaandavaa) 단층에 의해 규제되는 알바이트-레피돌라이트와 아마조나이트-알바이트 화강암 내에 배태된다(Dostal and Gerel, 2022). 이 화강암과 관련하여 석영-레피돌라이트 그라이젠, 알바이트 접촉 교대암, 석영-백운모 그라이젠, 석영맥이 발달한다(Kovalenko et al., 1981). 화강암은 알바이트, 석영, 레피돌라이트, 아마조나이트, 미사장석, 황옥, 그리고 부성분 광물로 형석, 컬럼바이트, 모나자이트, Pb-파이로클로어, 저어콘, 석석으로 구성된다. 탄탈럼 품위는 지표에서부터 100 m 심도까지 탄탈럼 0.006%(Ta/Nb = 1.2)이며, Li 0.06%, Rb 0.08%, Sn 0.005%를 수반하고, 평균 품위는 탄탈럼 0.001–0.011%이다(Dostal and Gerel, 2022). 아브드란트(Avdrant) 과알칼리성 화강암류와 관련된 니오븀-지르코늄-희토류 광상(Kovalenko and Yarmolyuk, 1995)은 중생대 알바이트-아마조나이트 화강암 내에 배태되며, 화강암 상부와 그 주변 모암 내 암맥 형태로 산출된다. 이 화강암은 아마조나이트, 알바이트, 석영, 진왈다이트로 구성되며, 리튬 330–1,400 ppm, 탄탈럼 6–75 ppm, 니오븀 76–350 ppm을 함유하고, 평균 품위는 탄탈럼 0.007%, 니오븀 0.008%이다(Gerel et al., 2021).

몽골 내 희소금속 탐사 방향

몽골 내 희소금속(리튬, 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈럼-니오븀)의 부존 형태는 다양하지만, 대체로 중생대 화강암류에서 기원한 마그마-열수와 밀접한 관련을 보인다(Dostal et al., 2020; Gerel et al., 2021). 이들 열수는 화강암 주변 모암에 발달한 단층, 절리, 틈, 각력암 공간 등을 따라 이동하면서 페그마타이트, 스카른, 그라이젠/망상/석영맥, 접촉 교대형 등의 형태로 광화 작용을 일으켜 광상을 형성한다. 이 외에도 반암형(몰리브덴), 화강암 및 옹고나이트 내 부존(리튬, 탄탈럼·니오븀), 사광상(텅스텐), 호수 염호형(리튬) 등도 존재한다. 구체적으로 살펴보면, 리튬은 페그마타이트, 옹고나이트, 리튬-불소 화강암, 퇴적형, 호수 염호 형태로 산출된다. 텅스텐은 그라이젠/망상/석영맥(주석-텅스텐, 텅스텐-몰리브덴-베릴륨), 스카른[텅스텐-몰리브덴, 텅스텐-(주석), 텅스텐-안티모니], 사광상 형태로 나타난다. 몰리브덴은 반암형, 그라이젠/망상/석영맥(W-Mo-Be) 형태로, 탄탈럼·니오븀은 페그마타이트, 접촉 교대암, 화강암류 내에 부존하는 형태로 나타나며, 이들 유형은 복잡한 광화 작용을 거친다(Dostal and Gerel, 2022). 이들 광상은 품위가 양호한 경우도 있지만, 대체로 낮은 편이다. 또한, 리튬, 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈럼·니오븀은 서로 다른 희소 금속과 함께 산출되는 경우가 많다. 예를 들어, 리튬은 탄탈럼, 니오븀, 베릴륨, 세슘과 함께, 텅스텐은 주석, 몰리브덴, 베릴륨, 안티모니와 함께, 몰리브덴은 구리, 텅스텐, 베릴륨 등과 함께 산출되는 경향이 있다. 따라서 탐사 시 이러한 공생 관계를 고려하는 것이 중요하다.

희소 금속 탐사에서 가장 중요한 것은, 이들 광물이 마그마-열수 기원의 화강암류와 밀접하게 연관되어 있다는 점을 고려하여, 분화가 잘 이루어진 화강암류와 반암류(옹고나이트 등)를 찾는 것이다. 이를 바탕으로 주변 모암 내 광석 광물과 변질 광물을 탐색하여 광화대를 찾아야 한다. 특히, 규모가 작은 암주나 암맥형태인 화강암류 및 반암류를 찾는 것이 중요할 것으로 보인다. 이러한 관입암으로부터 비롯되는 마그마-열수 유체는 지표로 상승하면서 압력이 낮은 쪽으로 집중되는 경향이 있다. 아울러, 이들 관입암의 상부 경계부 또는 구조적 불연속면에서 침전되어 광석 광물을 형성하므로 이러한 점에 유의해야 할 것이다. 탐사 시에는 주변 모암 내 광석 광물과 변질 광물을 탐색하여 광화대를 찾아야 한다. 또한, 반암형 광상의 경우 주변 모암에 규칙적인 변질대가 분포하므로, 변질대 탐색을 통해 광상을 효과적으로 찾을 수 있다. 광상 탐사에는 지표 지질조사와 더불어 광종, 광상 유형 및 관입암의 형태 등을 파악하기에 적합한 지구물리 탐사 방법(예: 자력 탐사, 중력 탐사, 전기비저항 탐사, 유도분극 탐사 등)을 적용하여, 그 결과를 종합적으로 검토 및 분석하는 것이 중요하다. 또한, 시추 조사를 통해 지하 광체의 존재 여부와 품위를 확인해야 한다.

2024년 11월 30일 기준 몽골 광업부(MRPAM, 2024) 자료에 따르면, 몽골 내 광업권은 탐사권 984개, 개발권 1,744개로 총 2,728개가 설정되어 있다. 탐사권의 평균 면적은 5,100 ha, 개발권은 1,100 ha, 전체 평균은 2,500 ha이며, 탐사권의 경우 면적의 형태에 따라 다르지만 일반적으로 한 변의 길이가 수 km에 달하는 넓은 면적을 가진다. 몽골 전 국토 면적 대비 개발권은 1.2%, 탐사권은 3.2%로, 탐사 및 개발권을 합쳐도 4.4%에 불과하다. 이는 여러 요인이 있겠지만, 대체로 몽골 지형 약 70%가 노두발달이 빈약한 사막형 지형이고, 광업관련 법적인 규제, 즉, 광물자원법, 지하지층법, 특별보호지역법, 자연식물법, 산림보호구역에서 광물탐사 및 채굴금지법, 환경보호법, 토지법, 산림법, 수자원법, 문화재보호법 등과 같은 규제때문일 수 있다. 이외에도 충분한 광상 탐사가 이루어지지 않았기 때문인 것으로 보인다. 과거 구소련 시절 1:200,000 축척의 지질도 작성은 완료되었으나, 보다 정밀한 1:50,000 축척의 지질도 작성 작업은 현재 전 국토의 43% 정도 완료된 상태이다. 향후 정밀 지질도 작성이 완료되면 희소 금속 탐사에 유용한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 또한 사막형 지형에 대해서는 수행된 1:200,000 항공물리탐사 결과를 활용하여 지표하부에 부존되어 있을 광상 및 광화대를 지시하는 물리탐사 이상대에 대해 육상에서 추가적인 탐사(지표 지질 조사, 지구화학 탐사, 지구물리 탐사, 시추 조사 등)가 필요하다.

광물 자원 프로젝트를 검토할 때는 지질 조사와 더불어 광업권 설정에 영향을 미칠 수 있는 여러 가지 간접적인 요인들을 고려해야 한다. 인프라 측면에서는 도로(포장 및 비포장, 거리), 철도(인근 정거장 위치, 거리), 전력(전력선 설치를 위한 환경 여건) 등이 중요하다. 또한, 지형(산지, 평야, 하천), 기후(연중 기후 변화 양상), 인력(전문 기술자 및 단순 노동자 조달), 용수(하천 및 저수지 현황, 지하수 개발 가능성) 등도 고려해야 한다. 이 외에도 정부(지방 및 중앙) 규제 지역 해당 여부, 광산 개발 시 발생할 수 있는 인근 주민에게 미칠 환경 오염 문제 등도 종합적으로 검토해야 한다.

결 론

몽골의 지질은 중앙아시아 조산대에 속하며, 중서부 항가이 지역의 선캄브리아 대륙괴를 중심으로 여러 테레인들이 부가 및 통합되어 모자이크 구조를 이룬다. 이러한 지구조적 배경은 현재 몽골의 경제적인 지하자원 형성에 중요한 역할을 했다. 본 연구의 대상인 희소 금속(리튬, 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈럼·니오븀) 광상은 대체로 중생대 화강암류와 관련된 마그마-열수 작용으로 형성되어 페그마타이트, 반암, 스카른, 그라이젠형태로 나타나지만, 일부는 사광상(텅스텐), 화강암류 내 부존되어 있는 리튬, 호수 염호형(리튬)으로 존재하기도 한다. 구체적으로, 리튬은 페그마타이트, 옹고나이트, 리튬-불소 화강암, 퇴적형, 호수 염호 형태로, 텅스텐은 그라이젠/망상/석영맥(주석-텅스텐, 텅스텐-몰리브덴-베릴륨), 스카른[텅스텐-몰리브덴, 텅스텐-(주석), 텅스텐-안티모니, 사광상 형태로 발견된다. 몰리브덴은 반암형 및 그라이젠/망상/석영맥(W-Mo-Be)에서 산출되며, 탄탈럼·니오븀은 페그마타이트, 접촉 교대, 화강암류 내 부존형으로 존재한다. 이들 희소 금속은 종종 복합 광상을 형성하거나 다른 희소 금속과 다양한 조합으로 나타나며, 일부 광상은 품위가 양호하지만, 대체로 빈약한 편이다. 텅스텐과 몰리브덴은 특히 복합 광상을 잘 형성하며, 이들은 다양한 원소들과 함께 공존한다.

몽골을 44개의 테레인과 25개의 광상구로 구분한 연구가 있으며, 향후 테레인과 광상구 간의 연관성을 규명하기 위한 지화학적, 동위원소 연대 측정 등의 심층적인 연구가 필요할 것으로 보인다. 이미 1:200,000 지질도 작성은 완료되었으나, 보다 정밀한 1:50,000 지질도 작성 작업이 전 국토의 43%에서 진행 중이다. 따라서, 앞으로 정밀 지질도가 완성되면 희소 금속 광상의 분포, 지질 구조, 암석학적 특징 등에 대한 보다 상세한 정보를 제공하여 희소 금속 탐사에 유용한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 2024년 11월 30일 기준, 몽골 내 광업권 현황을 살펴보면 탐사권(X-License)은 984개, 개발권(A-License)은 1,744개로 총 2,728개이며, 이는 전국토 면적 대비 개발권 1.2%, 탐사권 3.2%, 총 4.4%에 불과하다. 지형적인 어려움, 광산관련 법적인 규제, 인프라 문제 등이 원인으로 분석되지만, 향후 이러한 문제가 더 개선되고 발전된 탐사기술을 적용한다면 보다 넓은 지역과 지하에 대한 조사 용이성이 커질 것으로 예상된다. 현재 몽골에서 한국으로 수입되는 희소 금속은 몰리브덴이 주를 이루고 있지만, 미래 국제 정치 환경 변화에 따라 보다 다양하고 많은 희소 금속 도입 기회가 확대될 것으로 전망된다. 이에 대비하여 효과적인 몽골 내 지하자원 탐사 및 투자를 위한 지속적인 연구가 필요한 시점이다.